BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thành viên nhóm • Nguyễn Đức Nam A (trưởng nhóm) • Đào Văn Khoa(phó nhóm) • Nguyễn Thị Hoa • Phạm thị Loan • Vũ Thị Lý • Lương Thị Thưởng • Trần Thị Ngọc Thúy • Đỗ Thị Mai • Trần Thị Hảo • Trần Đức Hiệp • Cao Phạm Hùng • Ngô Thị Trang • Lưu Việt Thái • Nguyễn Đình Thái • Nguyễn Công Kiên ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ lạp acquy và kích điện tự động tự động Với điện áp Đầu vào 220v xoay chiều và điện áp lạp acquy 12v DC Máy có thể kích với công suất 800KVA tương đương với 500W GVHD :Đinh Đăng Định Thực Hiện :Nhóm 2 trang 1 Lớp : CNKTĐ 1A BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN TRONG BÁO CÁO DIOT cơng suất Diode công suất là linh kiện bán dẫn có hai cực, được cấu tạo bởi một lớp bán dẫn N và một lớp bán dẫn P ghép lại. Silic là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn. Silic có 4 điện tử thuộc lớp ngoài cùng trong cấu trúc nguyên tử. Nếu ta kết hợp thêm vào một nguyên tố thuộc nhóm V mà lớp ngoài cùng có 5 điện tử thì 4 điện tử của nguyên tố này tham gia liên kết với 4 điện tử tự do của Silic và xuất hiện một điện tử tự do. Trong cấu trúc tinh thể, các điện tử tự do làm tăng tính dẫn điện. Do điện tử có điện tích âm nên chất này được gọi là chất bán dẫn loại N (negative), có nghóa là âm. Nếu thêm vào Silic một nguyên tố thuộc nhóm III mà có 3 nguyên tử thuộc nhóm ngoài cùng thì xuất hiện một lổ trống trong cấu trúc tinh thể. Lỗ trống này có thể nhận 1 điện tử, tạo nên điện tích dương và làm tăng tính dẫn điện. Chất này được gọi là chất bán dẫn loại P (positive), có nghóa là dương. Trong chất bán dẫn loại N điện tử là hạt mang điện đa số, lỗ trống là thiểu số. Với chất bán dẫn loại P thì ngược lại. Ở giữa hai lớp bán dẫn là mặt ghép PN. Tại đây xảy ra hiện tượng khuếch tán. Các lỗ trống của bán dẫn loại P tràn sang N là nơi có ít lỗ trống. Các điện tử của bán dẫn loại N chạy sang P là nơi có ít điện tử. Kết quả tại mặt tiếp giáp phía P nghèo đi về diện tích dương và giàu lên về điện tích âm. Còn phía bán dẫn loại N thì ngược lại nên gọi là vùng điện tích không gian dương. Trong vùng chuyển tiếp (-αα) hình thành một điện trường nội tại. Ký hiệu là E i và có chiều từ N sang P hay còn gọi là barie điện thế (khoảng từ 0,6V đến GVHD :Đinh Đăng Định Thực Hiện :Nhóm 2 trang 2 Lớp : CNKTĐ 1A BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT 0,7V đối với vật liệu là Silic). Điện trường này ngăn cản sự di chuyển của các điện tích đa số và làm dễ dàng cho sự di chuyển của các điện tích thiểu số (điện tử của vùng P và lổ trống của vùng N). Sự di chuyển của các điện tích thiểu số hình thành nên dòng điện ngược hay dòng điện rò. 2:ngun lý hoạt động: Khi đặt diode công suất dưới điện áp nguồn U có cực tính như hình vẽ, chiều của điện trường ngoài ngược chiều với điện trường nội E i . Thông thường U > E i thì có dòng điện chạy trong mạch, tạo nên điện áp rơi trên diode khoảng 0,7V khi dòng điện là đònh mức. Vậy sự phân cực thuận hạ thấp barie điện thế. Ta nói mặt ghép PN được phân cực thuận. Khi đổi chiều cực tính điện áp đặt vào diode, điện trường ngoài sẽ tác động cùng chiều với điện trường nội tại E i . Điện trường tổng hợp cản trở sự di chuyển của các điện tích đa số. Các điện tử của vùng N di chuyển thẳng về cực dương nguồn U làm cho điện thế vùng N vốn đã cao lại càng cao hơn so với vùng P. Vì thế vùng chuyển tiếp lại càng rộng ra, không có dòng điện chạy qua mặt ghép PN. Ta nói mặt ghép PN bò phân cực ngược. Nếu tiếp tục tăng U, các điện tích được gia tốc, gây nên sự va chạm dây chuyền làm barie điện thế bò đánh thủng. Đặc tính volt-ampe của diode công suất được biểu diễn gần đúng bằng biểu thức sau: I = I S [ exp (eU/kT) – 1 ] ( 1. 1 ) Trong đó: - I S : Dòng điện rò, khoảng vài chục mA - e = 1,59.10 - 19 Coulomb - k = 1,38.10 - 23 : Hằng số Bolzmann - T = 273 + t 0 : Nhiệt độ tuyệt đối ( 0 K) - t 0 : Nhiệt độ của môi trường ( 0 C) GVHD :Đinh Đăng Định Thực Hiện :Nhóm 2 trang 3 Lớp : CNKTĐ 1A BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT - U : Điện áp đặt trên diode (V) Đặc tính volt-ampe của diode gồm có hai nhánh: 1. Nhánh thuận 2. Nhánh ngược Khi diode được phân cực thuận dưới điện áp U thì barie điện thế E i giảm xuống gần bằng 0. Tăng U, lúc đầu dòng I tăng từ từ cho đến khi U lớn hơn khoảng 0,1V thì I tăng một cách nhanh chóng, đường đặc tính có dạng hàm mũ. Tương tự, khi phân cực ngược cho diode, tăng U, dòng điện ngược cũng tăng từ từ. Khi U lớn hơn khoảng 0,1V dòng điện ngược dừng lại ở giá trò vài chục mA và được ký hiệu là I S . Dòng I S là do sự di chuyển của các điện tích thiểu số tạo nên. Nếu tiếp tục tăng U thì các điện tích thiểu số di chuyển càng dễ dàng hơn, tốc độ di chuyển tỉ lệ thuận với điện trường tổng hợp, động năng của chúng tăng lên. Khi U  = U Z thì sự va chạm giữa các điện tích thiểu số di chuyển với tốc độ cao sẽ bẻ gảy được các liên kết nguyên tử Silic trong vùng chuyển tiếp và xuất hiện những điện tử tự do mới. Rồi những điện tích tự do mới này chòu sự tăng tốc của điện trường tổng hợp lại tiếp tục bắn phá các nguyên tử Silic. Kết quả tạo một phản ứng dây chuyền làm cho dòng điện ngược tăng lên ào ạt và sẽ phá hỏng diode. Do đó, để bảo vệ diode người ta chỉ cho chúng hoạt động với giá trò điện áp: U = (0,7 → 0,8)U Z . Khi diode hoạt động, dòng điện chạy qua diode làm cho diode phát nóng, chủ yếu ở tại vùng chuyển tiếp. Đối với diode loại Silic, nhiệt độ mặt ghép cho phép là 200 0 C. Vượt quá nhiệt độ này diode có thể bò phá hỏng. Do đó, để làm mát diode, ta dùng quạt gió để làm mát, cánh tản nhiệt hay cho nước hoặc dầu biến thế chảy qua cánh tản nhiệt với tốc độ lớn hay nhỏ tùy theo dòng điện. Các thông số kỹ thuật cơ bản để chọn diode làø: - Dòng điện đònh mức I đm (A) - Điện áp ngược cực đại U ngmax ( V ) GVHD :Đinh Đăng Định Thực Hiện :Nhóm 2 trang 4 Lớp : CNKTĐ 1A BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT - Điện áp rơi trên diode ∆U ( V ) I. 3 Ứng dụng: Ứng dụng chủ yếu của diode công suất là chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều cung cấp cho tải. Các bộ chỉnh lưu của diode được chia thành hai nhóm chính: - Chỉnh lưu bán kỳ hay còn gọi là chỉnh lưu nửa sóng. - Chỉnh lưu toàn kỳ hay còn gọi là chỉnh lưu toàn sóng II. TRANSISTOR CÔNG SUẤT: II. 1 Cấu tạo: Transistor là linh kiện bán dẫn gồm 3 lớp: PNP hay NPN. GVHD :Đinh Đăng Định Thực Hiện :Nhóm 2 trang 5 Lớp : CNKTĐ 1A BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Về mặt vật lý, transistor gồm 3 phần: phần phát, phần nền và phần thu. Vùng nền (B) rất mỏng. Transistor công suất có cấu trúc và ký hiệu như sau: II. 2 Nguyên lý hoạt động: Hình 1. 7 Sơ đồ phân cực transistor. Điện thế U EE phân cực thuận mối nối B - E (PN) là nguyên nhân làm cho vùng phát (E) phóng điện tử vào vùng P (cực B). Hầu hết các điện tử (electron) sau khi qua vùng B rồi qua tiếp mối nối thứ hai phía bên phải hướng tới vùng N (cực thu), khoảng 1% electron được giữ lại ở vùng B. Các lỗ trống vùng nền di chuyển vào vùng phát. Mối nối B - E ở chế độ phân cực thuận như một diode, có điện kháng nhỏ và điện áp rơi trên nó nhỏ thì mối nối B - C được phân cực ngược bởi điện áp U CC . Bản chất mối nối B - C này giống như một diode phân cực ngược và điện kháng mối nối B - C rất lớn. GVHD :Đinh Đăng Định Thực Hiện :Nhóm 2 trang 6 Lớp : CNKTĐ 1A BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Dòng điện đo được trong vùng phát gọi là dòng phát I E . Dòng điện đo được trong mạch cực C (số lượng điện tích qua đường biên CC trong một đơn vò thời gian là dòng cực thu I C ). Dòng I C gồm hai thành phần: - Thành phần thứ nhất (thành phần chính) là tỉ lệ của hạt electron ở cực phát tới cực thu. Tỉ lệ này phụ thuộc duy nhất vào cấu trúc của transistor và là hằng số được tính trước đối với từng transistor riêng biệt. Hằng số đã được đònh nghóa là α. Vậy thành phần chính của dòng I C là αI E . Thông thường α = 0,9 → 0,999. - Thành phần thứ hai là dòng qua mối nối B - C ở chế độ phân cực ngược lại khi I E = 0. Dòng này gọi là dòng I CBO – nó rất nhỏ. - Vậy dòng qua cực thu: I C = αI E + I CBO . * Các thông số của transistor công suất: - I C : Dòng colectơ mà transistor chòu được. - U CEsat : Điện áp U CE khi transistor dẫn bão hòa. - U CEO : Điện áp U CE khi mạch badơ để hở, I B = 0 . - U CEX : Điện áp U CE khi badơ bò khóa bởi điện áp âm, I B < 0. - t on : Thời gian cần thiết để U CE từ giá trò điện áp nguồn U giảm xuống U CESat ≈ 0. - t f : Thời gian cần thiết để i C từ giá trò I C giảm xuống 0. - t S : Thời gian cần thiết để U CE từ giá trò U CESat tăng đến giá trò điện áp nguồn U. - P: Công suất tiêu tán bên trong transistor. Công suất tiêu tán bên trong transistor được tính theo công thức: P = U BE .I B + U CE .I C . - Khi transistor ở trạng thái mở: I B = 0, I C = 0 nên P = 0. - Khi transistor ở trạng thái đóng: U CE = U CESat . Trong thực tế transistor công suất thường được cho làm việc ở chế độ khóa: I B = 0, I C = 0, transistor được coi như hở mạch. Nhưng với dòng điện gốc ở trạng thái có giá trò bão hòa, thì transistor trở về trạng thái đóng hoàn toàn. Transistor là một linh kiện phụ thuộc nên cần phối hợp dòng điện gốc và dòng điện góp. Ở trạng thái bão hòa để duy trì khả năng điều khiển và để tránh điện tích ở cực gốc quá lớn, dòng điện gốc ban đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng. Ở chế độ khóa dòng điện gốc phải giảm cùng qui luật như dòng điện góp để tránh hiện tượng chọc thủng thứ cấp. GVHD :Đinh Đăng Định Thực Hiện :Nhóm 2 trang 7 Lớp : CNKTĐ 1A BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Hình 1. 8 Trạng thái dẫn và trạng thái bò khóa a). Trạng thái đóng mạch hay ngắn mạch I B lớn, I C do tải giới hạn. b). Trạng thái hở mạch I B = 0. Các tổn hao chuyển mạch của transistor có thể lớn. Trong lúc chuyển mạch, điện áp trên các cực và dòng điện của transistor cũng lớn. Tích của dòng điện và điện áp cùng với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao năng lượng trong một lần chuyển mạch. Công suất tổn hao chính xác do chuyển mạch là hàm số của các thông số của mạch phụ tải và dạng biến thiên của dòng điện gốc. * Đặc tính tónh của transistor: U CE = f (I C ). Để cho khi transistor đóng, điện áp sụt bên trong có giá trò nhỏ, người ta phải cho nó làm việc ở chế độ bão hòa, tức là I B phải đủ lớn để I C cho điện áp sụt U CE nhỏ nhất. Ở chế độ bão hòa, điện áp sụt trong transistor công suất bằng 0,5 đến 1V trong khi đó tiristor là khoảng 1,5V. II. 3 Ứng dụng của transistor công suất: Transistor công suất dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ lớn. Tuy nhiên trong thực tế transistor công suất thường cho làm việc ở chế độ khóa. I B = 0, I C = 0: transistor coi như hở mạch. GVHD :Đinh Đăng Định Thực Hiện :Nhóm 2 trang 8 Lớp : CNKTĐ 1A BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TỔNG QUAN VỀ MẠCH KÍCH ĐIỆN: Như chúng ta đã biết để việc tạo ra dòng điện là bước tiến vĩ đại trong lịch sử loài người .Để sản xuất ra dòng điện xoay chiều có rất nhiều phương pháp như thủy điện,nhiệt điện .Nhìn chung các phương pháp trên áp dụng cho sản xuất điện công nghiệp , còn với các hộ gia đình khi nguồn điện công nghiệp bị cắt phương pháp chủ yếu được sử dụng ở đây là nghịch lưu dòng điện một chiều thành xoay chiều. Dựa trên phương pháp đó nhóm chúng em đưa ra sơ đồ nguyên lý tạo điện áp xoay chiều từ dòng một chiều. GVHD :Đinh Đăng Định Thực Hiện :Nhóm 2 trang 9 Lớp : CNKTĐ 1A BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I,Khối nguồn Nguồn điện được sử dụng ở đây là nguồn điện một chiều lấy từ bình ắc quy .Thời gian sử dụng phụ thuộc chủ yếu vào dung lượng lưu trữ của ắc quy .Công thức tính công suất phát của acquy như sau: P=u.i ví dụ: acquy 12v 100Ah thì công suất phát :12.100=1200w Nếu chạy bóng đèn compac 20w sẽ được 60 giờ . II, Khối tạo tần số 50Hz Nhiệm vụ của khối tạo ra sóng giao động đưa vào khối công suất với tần số điện công nghiệp. Sóng ở đây thường là hai dạng chính là hình sin hoặc vuông .Thường thì khối công suất trở kháng đầu vào rất nhỏ nên trên thực tế chúng ta cần một khối khuyếch đại đệm nhiệm vụ ổn định khối phát xung giao động giảm trở kháng đầu vào cho tầng công suất. III,Khối công suất Từ dạng sóng nhận được từ khối phát khối công suất sẽ khuyếch đại đưa đến biến áp tạo điện áp xoay chiều. Thường thì khối này sử dụng các linh kiện công suất như thysistor transistor chịu dòng lớn như D718,2N3055 yêu cầu cho khối này hoạt động tốt cần có hệ thống tản nhiệt làm mát. IV,Biến áp nghịch lưu Đây là thành phần chính quyết định tới công suất phát của mạch. Biến áp được sử dụng là biến áp nghịch lưu có tỷ số vòng dây của cuộn thứ cấp lớn hơn rất nhiều cuộn sơ cấp.Công suất của mạch được tính như sau: Pmax=U.I Với I là dòng điện biến áp chịu được GVHD :Đinh Đăng Định Thực Hiện :Nhóm 2 trang 10 Lớp : CNKTĐ 1A [...]...BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT U là hiệu điện thế đặt vào cuộn sơ cấp Ví dụ một biến áp nghịch lưu 12V->220V dòng điện 40A Công suất tối đa của mạch sẽ là:12.40=480W chạy được một ti vi 2 quạt và 3 bóng típ 40W 4, Transistor D718 Là dòng transistor họ BJT-NPN công suất rất lớn dòng chịu đựng 8A ,điện áp 120V , công suất 80W Hình dạng thực tế: GVHD Thực Hiện... Định :Nhóm 2 : CNKTĐ 1A trang 11 BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Mạch dao động tạo xung tần số 50Hz: I- Sơđồnguyênlý : Trongđócácthôngsố ban đầu: R1 = R9 = 100kΩ và R2 = R3 = 10kΩ R6 = 220kΩ ÷ 320kΩ và R4 = R5 = R7 = R10 = 560Ω ÷ 1.2kΩ R8 = 1.5Ω R11 = 4.7kΩ VR = 2k ÷ 10kΩ GVHD Thực Hiện Lớp :Đinh Đăng Định :Nhóm 2 : CNKTĐ 1A trang 12 BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT C1 = C2 = C8 = 10nF (103) và... ta giảm điện trở R 9 ( RB3) hoặc tăng R6 (RB2) Tín hiều ra bị cắt trên Tín hiệu ra bị méo dưới Khi điều chỉnh nếu có hiện tượng cắt trên hoặc cắt dưới thì điều chỉnh R 6 lớn dần từ 220kΩ mỗi lần tăng 10kΩ.Sau đó chỉnh tăng R5 và R7 Nếu méo ít thì tăng R4 mỗi lần 100Ω.Để điều chỉnh méo dưới có thể tăng R 8(RE2) lên Nếu tần số ra nhỏ có thể tăng điện trở R3và R2 từ 10 kΩ lên 15 kΩ Các giá trị điện trở... Đăng Định :Nhóm 2 : CNKTĐ 1A trang 12 BÁO CÁO THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT C1 = C2 = C8 = 10nF (103) và C3 = C4 = C5 = C6 = C7 = 10µF T1 = T2 = T3 = C828 - Sự hoạt động của mạch: - Khi cấp cho mạch một điện áp 9V DCV, có hiện tượng hồi tiếp dương gây tự kíchở B T1sau đóđược khuyếch đại qua T1 T1 làm việc ở chế độ A, mắc EC nên qua T1thu được 1 tín hiệu ngược pha với tín hiệu ở B T1 - Tín hiệu này được . này tham gia liên kết với 4 điện tử tự do của Silic và xuất hiện một điện tử tự do. Trong cấu trúc tinh thể, các điện tử tự do làm tăng tính dẫn điện. Do điện tử có điện tích âm nên chất này được. tầng công suất. III,Khối công suất Từ dạng sóng nhận được từ khối phát khối công suất sẽ khuyếch đại đưa đến biến áp tạo điện áp xoay chiều. Thường thì khối này sử dụng các linh kiện công suất. số (điện tử của vùng P và lổ trống của vùng N). Sự di chuyển của các điện tích thiểu số hình thành nên dòng điện ngược hay dòng điện rò. 2:ngun lý hoạt động: Khi đặt diode công suất dưới điện